摘??要： RADIUS服務(wù)器的性能指標(biāo)及其測試方法，給出了一個(gè)RADIUS服務(wù)器性能測試軟件的設(shè)計(jì)思想和具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞： 性能測試? RADIUS協(xié)議? AAA服務(wù)器

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　　認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)是通信網(wǎng)絡(luò)的基本功能之一，因此AAA(Authentication，Authorization，Accounting)服務(wù)器在電信行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，例如窄帶IP網(wǎng)、寬帶網(wǎng)、固網(wǎng)短信息、移動(dòng)短信息等。隨著電信業(yè)務(wù)集中化趨勢的發(fā)展，電信行業(yè)出現(xiàn)了百萬用戶級(jí)以至千萬用戶級(jí)的系統(tǒng)，這對(duì)AAA系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。目前大多數(shù)AAA服務(wù)器都是基于RADIUS(Remote Authentication Dial In User Service)協(xié)議的，因此人們采取很多措施來改進(jìn)RADIUS系統(tǒng)的性能，或者投入大量人力研制高性能的RADIUS系統(tǒng)。

在AAA系統(tǒng)的建設(shè)中，為了選擇合適的RADIUS產(chǎn)品和配置適當(dāng)?shù)挠布O(shè)備，人們需要了解RADIUS系統(tǒng)的實(shí)際性能。但是對(duì)于如何定性和定量地測試及評(píng)價(jià)RADIUS服務(wù)器的性能，至今仍沒有一套標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的測試軟件。本文中作者對(duì)評(píng)價(jià)RADIUS服務(wù)器性能的指標(biāo)及其測試方法進(jìn)行了探討，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)測試RADIUS服務(wù)器性能的工具軟件。

1? RADIUS服務(wù)器性能測試

1.1 RADIUS協(xié)議原理

????RADIUS協(xié)議是IETF通過的AAA協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)(RFC 2865)，它采用了基本的客戶/服務(wù)器模式。網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器NAS(Network Access Server)作為Client向RADIUS服務(wù)器提出認(rèn)證請(qǐng)求，以實(shí)現(xiàn)對(duì)連接到NAS并請(qǐng)求接入服務(wù)的用戶(User)進(jìn)行認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)。用戶的AAA消息由Client提供給RADIUS服務(wù)器，并且根據(jù)服務(wù)器的授權(quán)為用戶提供相應(yīng)權(quán)限的服務(wù)。RADIUS服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的認(rèn)證并向Client返回必要的配置信息。User與RADIUS服務(wù)器之間可以協(xié)商采用多種認(rèn)證方法，RADIUS協(xié)議的可擴(kuò)展性保證了多種認(rèn)證方法的實(shí)現(xiàn)。RADIUS協(xié)議通過屬性(Attribute)域攜帶認(rèn)證、授權(quán)以及詳細(xì)的配置信息可以方便地?cái)U(kuò)展新的認(rèn)證方法。在協(xié)議中，RADIUS服務(wù)器使用Challenge消息與用戶實(shí)現(xiàn)各種認(rèn)證過程。RADIUS協(xié)議通過代理服務(wù)器(Proxy)功能實(shí)現(xiàn)漫游接入認(rèn)證。RADIUS服務(wù)器同時(shí)兼具Proxy功能，作為前端服務(wù)器(Forwarding Server)將來自Client的認(rèn)證請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)端服務(wù)器(Remote Server)，然后把來自遠(yuǎn)端服務(wù)器的應(yīng)答消息回送給Client。每臺(tái)前端服務(wù)器可以有多臺(tái)遠(yuǎn)端服務(wù)器，同樣每臺(tái)遠(yuǎn)端服務(wù)器也可以有多臺(tái)前端服務(wù)器。遠(yuǎn)程消息在傳輸過程中形成一條服務(wù)器鏈，使得遠(yuǎn)程接入請(qǐng)求得到回應(yīng)。

1.2 RADIUS服務(wù)器性能指標(biāo)

　　影響RADIUS服務(wù)器性能的因素很多，除RADIUS協(xié)議本身的實(shí)現(xiàn)技術(shù)(如多進(jìn)程或多線程等)外，還受認(rèn)證所用的數(shù)據(jù)庫類型(如LDAP、RDBMS、文本文件等)和軟硬件平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響。因此RADIUS服務(wù)器性能指標(biāo)是與運(yùn)行環(huán)境密切相關(guān)的。也就是說，給出RADIUS服務(wù)器性能指標(biāo)時(shí)，必須給出相應(yīng)的軟硬件配置。下面是從用戶角度描述的RADIUS服務(wù)器性能指標(biāo)。

　　(1)最大吞吐量。即系統(tǒng)每秒能接入的最大用戶數(shù)量，或者說是每秒鐘最多能夠成功處理的有效服務(wù)請(qǐng)求包的數(shù)目。

　　(2)平均響應(yīng)時(shí)間。即從網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器NAS發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求到服務(wù)器應(yīng)答包的返回時(shí)延。反映了服務(wù)品質(zhì)。

　　(3)系統(tǒng)穩(wěn)定性。即在服務(wù)請(qǐng)求繁忙時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。有的服務(wù)器在系統(tǒng)持續(xù)繁忙的時(shí)候，性能會(huì)急劇下降或者崩潰。穩(wěn)定性的測試方法就是長時(shí)間進(jìn)行高強(qiáng)度的壓力測試。

　　(4)系統(tǒng)可靠性。測試系統(tǒng)能否對(duì)各種服務(wù)請(qǐng)求和異常做出正確的處理，包括計(jì)費(fèi)的準(zhǔn)確性。

　　(5)系統(tǒng)可擴(kuò)展性。因?yàn)镽ADIUS協(xié)議是一個(gè)開放的協(xié)議，在不與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議沖突的前提下，允許增強(qiáng)服務(wù)器服務(wù)功能和提高處理性能。所以，有必要測試RADIUS服務(wù)器所聲明提供的擴(kuò)展服務(wù)是否有效。

　　通過調(diào)整RADIUS服務(wù)器和測試環(huán)境，還可測試以下對(duì)RADIUS系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員比較有用的性能數(shù)據(jù)：

　　(1)用非法用戶名進(jìn)行性能測試，可以得到RADIUS的信令處理能力，即RADIUS服務(wù)器內(nèi)部處理一個(gè)請(qǐng)求包所花費(fèi)的時(shí)間和傳輸信息包的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，體現(xiàn)CPU速度。

　　(2)用合法用戶名(無數(shù)據(jù)庫)進(jìn)行性能測試，得到的性能報(bào)告體現(xiàn)了RADIUS信令處理能力和自動(dòng)數(shù)據(jù)庫故障備份能力，反映了CPU速度和文件讀寫速度。

　　(3)用合法用戶名(有數(shù)據(jù)庫)進(jìn)行性能測試，得到的性能報(bào)告體現(xiàn)了RADIUS信令處理能力和數(shù)據(jù)庫處理能力，反映了CPU速度和數(shù)據(jù)庫速度。

　　(4)用高速的發(fā)包速度進(jìn)行測試，根據(jù)丟包情況可以得到RADIUS服務(wù)器能夠有效進(jìn)行緩沖處理的應(yīng)答包的數(shù)目等。

1.3 性能測試方法

　　由于影響RADIUS服務(wù)器性能的因素比較多，理論評(píng)估其性能非常困難，因此利用軟件工具實(shí)測RADIUS服務(wù)器性能具有十分重要的意義。在AAA系統(tǒng)的建設(shè)中，它可以作為選擇RADIUS軟件產(chǎn)品和配置硬件設(shè)備的主要依據(jù)；在研制新的RADIUS服務(wù)器時(shí)，可以作為評(píng)估性能和查找性能瓶頸的工具；在RADIUS服務(wù)器運(yùn)營過程中，它可以為系統(tǒng)維護(hù)和系統(tǒng)優(yōu)化提供指導(dǎo)。

　　根據(jù)RADIUS協(xié)議的工作原理，網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器NAS是RADIUS服務(wù)器的客戶，RADIUS服務(wù)器的性能就體現(xiàn)在其對(duì)NAS服務(wù)請(qǐng)求的響應(yīng)能力。因此可以用測試軟件代替NAS并模擬NAS的行為來測試RADIUS服務(wù)器的性能。圖1為RADIUS服務(wù)器性能測試方案圖。其中模擬NAS的測試軟件可以嚴(yán)格按照要求發(fā)送RADIUS服務(wù)器請(qǐng)求包并記錄和統(tǒng)計(jì)分析RADIUS服務(wù)器的響應(yīng)情況，經(jīng)分析就可以得出上面討論的RADIUS服務(wù)器的性能指標(biāo)。

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2? 測試軟件的設(shè)計(jì)思想

2.1 測試軟件的需求

　　(1)作為性能測試軟件其準(zhǔn)確性無疑是最重要的。測試軟件要在RADIUS服務(wù)器高速發(fā)送請(qǐng)求包的同時(shí)記錄和統(tǒng)計(jì)分析其應(yīng)答包，具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理能力才能保證測試的準(zhǔn)確性。

　　(2)保證測試軟件發(fā)包速度的平滑可調(diào)性，才能保證測試軟件的精度。

　　(3)測試過程中需要輸入較多的控制參數(shù)，要涉及很多操作細(xì)節(jié)，而且時(shí)序性強(qiáng)，全人工操作會(huì)很繁瑣和復(fù)雜，必須提供實(shí)時(shí)交互能力并具有操作過程記錄能力和批處理能力。

　　(4)測試軟件對(duì)系統(tǒng)資源，特別是CPU資源和內(nèi)存資源的要求很高，如果處理不當(dāng)，很容易引起系統(tǒng)宕機(jī)。因此保證測試軟件的穩(wěn)定性和可靠性是難點(diǎn)。

　　(5)RADIUS服務(wù)器的性能參數(shù)是通過測試軟件和RADIUS服務(wù)器的交互運(yùn)行狀態(tài)反映出來的，其值是抽象和動(dòng)態(tài)的，所以必須使用直觀和易理解的方式加以表現(xiàn)。

　　(6)支持對(duì)RADIUS的擴(kuò)展能力的測試。因?yàn)镽ADIUS協(xié)議可以通過屬性(Attribute)域攜帶認(rèn)證、授權(quán)以及詳細(xì)配置信息進(jìn)行擴(kuò)展支持新的認(rèn)證方法，所以客觀要求測試軟件也具備一定的易擴(kuò)展性。

2.2 測試軟件的系統(tǒng)流程圖

　　圖2所示是RADIUS服務(wù)器性能測試軟件的系統(tǒng)流程圖。其主要輸入是RADIUS屬性等協(xié)議參數(shù)和測試數(shù)據(jù)，主要的處理是多線程發(fā)送請(qǐng)求包和處理應(yīng)答包以及對(duì)測試過程進(jìn)行全方位的監(jiān)控。最后輸出的是動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)曲線，根據(jù)曲線可以得出RADIUS的性能指標(biāo)。

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2.3 測試軟件的系統(tǒng)組成

　　測試軟件的系統(tǒng)主要由六個(gè)模塊組成，其功能描述如下。

　　(1)擴(kuò)展屬性錄入模塊。輸入、修改和保存RADIUS的擴(kuò)展屬性數(shù)據(jù)字典，以便支持各種類型的RADIUS服務(wù)器和測試RADIUS服務(wù)器的擴(kuò)展能力。

　　(2)請(qǐng)求包發(fā)送模塊。該模塊模擬NAS向RADIUS服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求包。在發(fā)送過程中，同時(shí)記錄或統(tǒng)計(jì)包的發(fā)送信息，如：發(fā)送頻率、每個(gè)包的發(fā)送時(shí)間、平均發(fā)送時(shí)間、已發(fā)送的請(qǐng)求包的數(shù)量。它包括請(qǐng)求包發(fā)送線程池和請(qǐng)求包發(fā)送速度控制線程等。

　　(3)應(yīng)答包處理模塊。①監(jiān)視UDP端口，排除網(wǎng)絡(luò)干擾，接收從被測試的RADIUS服務(wù)器返回的應(yīng)答包，并記錄包的到達(dá)信息，如：每個(gè)應(yīng)答的到達(dá)時(shí)間，應(yīng)答包平均到達(dá)時(shí)間間隔。②處理應(yīng)答包。該部分分析包的信息，將應(yīng)答包和已經(jīng)發(fā)送的請(qǐng)求包進(jìn)行匹配，得出發(fā)送接收時(shí)延、接收到的應(yīng)答包的總數(shù)、應(yīng)答包到達(dá)平均時(shí)間間隔。它包括應(yīng)答包接收線程、應(yīng)答包處理線程和緩沖區(qū)狀態(tài)監(jiān)視處理線程等。

　　(4)測試數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示模塊。在測試過程中以直觀的圖形方式動(dòng)態(tài)顯示測試程序運(yùn)行狀態(tài)和RADIUS服務(wù)器運(yùn)行狀況的參數(shù)。

　　(5)測試過程參數(shù)控制模塊。①測試過程的參數(shù)初始化部分。對(duì)于每一個(gè)特定的測試過程，所用的參數(shù)都是不一樣的，如控制請(qǐng)求包的發(fā)送頻率的參數(shù)、控制包的最大發(fā)送數(shù)量的參數(shù)、包的基礎(chǔ)信息、在包發(fā)送過程中用來協(xié)助程序自動(dòng)改變請(qǐng)求包內(nèi)容的參數(shù)(如用戶名，密碼前綴、后綴)。②在測試過程中控制包的發(fā)送頻率，控制內(nèi)部參數(shù)統(tǒng)計(jì)過程。

　　(6)測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)備模塊。這是一個(gè)獨(dú)立的程序模塊，專門用來批量產(chǎn)生用于測試的RADIUS服務(wù)器用戶數(shù)據(jù)，如用戶名和密碼。用戶名和密碼是按照一定的規(guī)則產(chǎn)生的，如前綴加上變化的序號(hào)，在測試程序發(fā)送模擬請(qǐng)求包時(shí)，按同樣的規(guī)則隨機(jī)填入用戶資料。用這種方法，可以使得每個(gè)RADIUS服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫中的用戶記錄都有相同的概率被RADIUS服務(wù)器搜索，使測試結(jié)果與實(shí)際情況最接近。產(chǎn)生多少用戶數(shù)據(jù)可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)而定。

3?測試軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)

　　本測試軟件使用了多線程池技術(shù)和緩沖池管理技術(shù)，其中線程的同步與互斥、內(nèi)存的分配與回收比較復(fù)雜，是程序成功與否的關(guān)鍵。下面介紹在軟件實(shí)現(xiàn)中所解決的技術(shù)難點(diǎn)。

3.1 發(fā)包速度精確控制

　　為了定量地測量RADIUS服務(wù)器的最大吞吐量等性能指標(biāo)，測試程序必須按給定的速度向RADIUS服務(wù)器發(fā)送認(rèn)證請(qǐng)求包，然后記錄其應(yīng)答情況。由于Windows下sleep( )的定時(shí)精度只有10ms，因此采用簡單的循環(huán)發(fā)送和sleep( )延時(shí)等技術(shù)，單線程最多只能得到100包/s的發(fā)包速度。假設(shè)被測對(duì)象每秒可以處理2 000個(gè)請(qǐng)求，則需要20個(gè)發(fā)包線程并發(fā)工作才能達(dá)到要求。單處理器系統(tǒng)中每個(gè)進(jìn)程中的線程數(shù)一般不要超過上限16，而且20個(gè)線程也很難控制，因此不能采用循環(huán)發(fā)送方法。

　　解決此問題的方法是：設(shè)置一個(gè)發(fā)包速度控制線程CA和一個(gè)發(fā)包線程池A，由CA定時(shí)檢查發(fā)包線程池A并喚醒其中掛起的發(fā)包線程。發(fā)包線程被喚醒并發(fā)完包后又自行掛起，等待下一次被喚醒。發(fā)包速度控制線程CA利用Win32 API保留的低層函數(shù)SetTimeEvent可以實(shí)現(xiàn)1ms的高精度定時(shí)，即可以每毫秒檢查一次發(fā)包線程池。因此只需要二個(gè)發(fā)包線程就可以實(shí)現(xiàn)2 000包/s的發(fā)包速度。

3.2 發(fā)包速度的平滑調(diào)整

　　測量RADIUS服務(wù)器的最大吞吐量等性能指標(biāo)時(shí)，測試程序的發(fā)包速度一般是由低速向高速等步長逐步升高，直到RADIUS服務(wù)器不能承受的極限為止。因此必須能平滑調(diào)整發(fā)包速度。由于此軟件的發(fā)包速度控制線程CA的最高精度為1ms，即一個(gè)發(fā)包線程最高能發(fā)1 000包/s，要得到較低的發(fā)包速度，只能使CA每2ms、3ms、4ms……nms檢查一次發(fā)包線程池，即只能得到500包/s、333包/s、250包/s的一個(gè)非線性的發(fā)包速度，相當(dāng)于對(duì)1 000的頻率發(fā)生器進(jìn)行分頻處理。高頻段的速度變化太快，達(dá)不到測試的精度要求。

　　解決此問題方法是：設(shè)置二個(gè)發(fā)包速度控制線程CA、CB，對(duì)應(yīng)二個(gè)發(fā)包線程池A、B。CA控制的線程池A中的線程用于產(chǎn)生千位數(shù)的發(fā)包速度，每個(gè)線程產(chǎn)生1 000包/s的發(fā)包速度；CB控制的線程池B中的線程用于產(chǎn)生剩余的小于1 000包/s的發(fā)包速度。其中用0～3個(gè)線程產(chǎn)生百位數(shù)的發(fā)包速度，線程的發(fā)包速度可選500包/s、200包/s、100包/s，另外用一個(gè)線程產(chǎn)生十位數(shù)以下的發(fā)包速度，發(fā)包速度為用(1 000 div x)對(duì)1 000進(jìn)行分頻?？偟陌l(fā)包速度最大誤差小于5。

　　例如要求產(chǎn)生一個(gè)2970包/s的發(fā)包速度，A中設(shè)二個(gè)線程產(chǎn)生2 000包/s發(fā)包速度；B中設(shè)四個(gè)線程，發(fā)包速度分別是(500+200+200)=900和(1000 div 14)=71，與要求的2970包/s僅差1。

3.3 保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性

　　引起測試結(jié)果不準(zhǔn)確的情況有以下幾種：(1)丟失RADIUS服務(wù)器發(fā)送回來的應(yīng)答包。(2)不能及時(shí)記錄應(yīng)答包的接收時(shí)間和處理應(yīng)答包。(3)在計(jì)算原始數(shù)據(jù)從而間接得到RADIUS服務(wù)器性能參數(shù)的過程中，計(jì)算方法不當(dāng)。

　　解決方法是將應(yīng)答包的處理分解為接收和處理，分別由二組不同的線程負(fù)責(zé)，并設(shè)置一個(gè)應(yīng)答包緩沖池暫存應(yīng)答包。接收線程負(fù)責(zé)將收到的應(yīng)答包放入應(yīng)答包緩沖池并記錄下時(shí)標(biāo)，應(yīng)答包處理線程負(fù)責(zé)應(yīng)答包處理，如與請(qǐng)求包匹配計(jì)算時(shí)延等。接收線程和處理線程組成二個(gè)線程池，線程池里有預(yù)先建立好的接收線程和處理線程。當(dāng)接收到應(yīng)答包時(shí)就喚醒一個(gè)處理線程。若應(yīng)答包處理線程池中找不到空閑狀態(tài)線程，則為應(yīng)答包建立一個(gè)處理線程，并把新建立的線程加到線程池里。處理線程處理完畢就掛起等待下一次調(diào)度，減少線程的創(chuàng)建及調(diào)度開銷。

　　設(shè)置一個(gè)“請(qǐng)求包記錄池”和“應(yīng)答包緩沖池”狀態(tài)監(jiān)視線程，及時(shí)清理其中的過時(shí)內(nèi)容，釋放內(nèi)存空間，同時(shí)提高請(qǐng)求包記錄的查找速度，減少應(yīng)答包的處理時(shí)間，并可以簡化緩沖池的同步與互斥機(jī)制。

　　計(jì)算二個(gè)時(shí)間之間的差值時(shí)選擇可以精確到毫秒級(jí)的時(shí)間比較函數(shù)MilliSecondsBetween。在計(jì)算平均時(shí)延時(shí)，要控制“除”操作的結(jié)果精度。精度過高，耗費(fèi)過多系統(tǒng)資源，且沒有實(shí)際意義；精度過低，達(dá)不到要求，產(chǎn)生較大誤差。

　　另外，在建立實(shí)際測試平臺(tái)時(shí)，提高運(yùn)行測試程序的機(jī)器硬件配置和改善測試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境都有助于提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4 測試結(jié)果的直觀顯示

　　在測試過程中，測試人員動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)包速度，使測試結(jié)果動(dòng)態(tài)顯示。利用Delphi提供的功能強(qiáng)大的Tchart組件，以動(dòng)態(tài)圖形的方式顯示了RADIUS服務(wù)器對(duì)測試程序的回應(yīng)情況。使用了Tchart組件的FastLine曲線圖和餅圖二種圖形顯示，它們都可實(shí)時(shí)反映參數(shù)的變化。

　　第一個(gè)FastLine曲線圖的縱坐標(biāo)為包的個(gè)數(shù)，橫坐標(biāo)為時(shí)間。隨著測試中時(shí)間的推移，請(qǐng)求包的發(fā)送數(shù)、應(yīng)答包的接收數(shù)、認(rèn)證通過包的數(shù)目、有效應(yīng)答包的數(shù)目及包處理線程等參數(shù)共五條曲線都動(dòng)態(tài)顯示在同一個(gè)坐標(biāo)系。對(duì)比這些曲線，可以得出RADIUS服務(wù)器和本測試程序運(yùn)行情況。例如：代表請(qǐng)求包的線條顯示在代表應(yīng)答包線條的上方，說明在某一時(shí)刻請(qǐng)求包總的發(fā)送數(shù)量比接收到的應(yīng)答包總的數(shù)量要多。對(duì)于橫坐標(biāo)上同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，線條在縱坐標(biāo)上的差值反映了有多少個(gè)請(qǐng)求包在這一時(shí)間點(diǎn)沒有收到RADIUS服務(wù)器的回應(yīng)。

　　第二個(gè)Fastline曲線圖顯示了平均發(fā)送時(shí)延和平均應(yīng)答時(shí)延。通過對(duì)比該曲線圖中二條曲線的位置，可以知道RADIUS服務(wù)器能否跟上測試程序的包發(fā)送頻率并及時(shí)作出應(yīng)答。

　　第三個(gè)餅圖用扇形和百分?jǐn)?shù)來顯示應(yīng)答包、驗(yàn)證通過包、驗(yàn)證失敗包、還未收到回應(yīng)的包的情況。

4? 結(jié)束語

　　作者用本文實(shí)現(xiàn)的RADIUS服務(wù)器性能測試軟件對(duì)一些免費(fèi)的和商業(yè)的RADIUS服務(wù)器軟件進(jìn)行了性能測試，系統(tǒng)運(yùn)行良好，取得了滿意的效果。該測試軟件為構(gòu)建AAA系統(tǒng)時(shí)選擇合適的RADIUS軟件和配置硬件平臺(tái)提供了科學(xué)的依據(jù)，對(duì)于研制或改進(jìn)RADIUS服務(wù)器時(shí)查找性能瓶頸具有重要作用。

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